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电池的诞生过程简述

钜大LARGE  |  点击量:317次  |  2018年11月26日  

摘要
首先,让我们看一下电芯的生产产线。这是国内首条、国际一流的自动化产线,宝马X1和新5系的电芯就是在这里诞生的哦。

电芯诞生记

首先,让我们看一下电芯的生产产线。这是国内首条、国际一流的自动化产线,宝马X1和新5系的电芯就是在这里诞生的哦。

带你详解一块电池的诞生过程

所有进入车间的人员都必须穿洁净服,戴帽子、口罩,完毕后,需要经过喷淋间360度无死角除尘。

带你详解一块电池的诞生过程

控温、控湿、无尘的工厂,可媲美半导体微电子的制造环境。

带你详解一块电池的诞生过程

忙碌的RGV,按照设定的轨道,自动搬运材料和为设备上下物料。

带你详解一块电池的诞生过程

孤独的机械手自动拆盘码盘

有了高科技机器人、中控系统、在线检测设备和信息追溯系统的助攻,catl的产线可实现“生产数据可视化”、“生产过程透明化”、“生产现场无人化”。

说了这么多,电芯究竟怎么制造出来的呢?让我们先认识下电池的构造。

电芯(Cell)是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组(Module),N个模组组成一个电池包(Pack),这是车用动力电池的基本结构。

电池就像一个储存电能的容器,能储存多少的容量,是靠正极片和负极片的所负载活性物质多少来决定的。

极片主要是由搅拌、涂布、冷压三道工序完成:

搅拌

搅拌就是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂,通过真空搅拌机搅拌形成均匀浆状。

涂布

搅拌好的活性材料以每分钟80米的速度被均匀涂覆到4000米长的铜箔上下面。涂布前的铜箔薄如蝉翼,只有6微米厚。

涂布至关重要,需要保证极片厚度和重量一致,否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则,导致电池自放电过快甚至安全隐患。

冷压&预分切

辊压装置将涂布后的极片压实到预定的厚度和密度。

极耳模切&分条

在这里,用模切机模切形成电芯的导电极耳。极耳是电池头上的耳朵,通俗地说就是电池正负极的耳朵在进行充放电时的连接点。

然后,通过切刀对极片进行分切。

卷绕

电芯的正极片、负极片、隔离膜以卷绕的方式组合形成裸电芯。先进的CCD可实现自动检测及自动纠偏,确保电芯极片不错位。

装配

卷绕好的裸电芯将被自动分选配对,之后再经过极耳焊接、折极耳、装配顶支架、热熔Mylar、入壳、壳体焊接等工序。至此,裸电芯就拥有了坚硬的外壳。

烘焙&注液

电池烘烤工序是为了使电池内部水分达标,确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。

注液,就是往烘焙后的电芯内注入电解液。电解液就像电芯身体里流动的血液,能量的交换就是带电离子的交换。这些带电离子从电解液中运输过去,到达另一电极,完成充放电过程。

化成

化成是对注液后的电芯进行激活的过程,通过充放电使电芯内部发生化学反应形成SEI膜,保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠和长循环寿命。

为了电芯拥有良好性能,电芯制造过程中还要经过X-ray检测、焊接质量检测,绝缘检测、容量测试等一系列“体检过程”。

一颗性能优良的超级电芯就这样诞生啦!

制造好后的每一个电芯单体都具有一个单独的二维码,记录着制造日期,制造环境,性能参数等等。强大的追溯系统可以将任何信息记录在案。如果出现异常,可以随时调取生产信息;同时,这些大数据可以针对性地对后续改良设计做出数据支持。

模组变形记

单个的电芯是不能使用的,只有将众多电芯组合在一起,再加上保护电路和保护壳,才能直接使用。这就是所谓的电池模组。

电池模组(module)是由众多电芯组成的。需要通过严格筛选,将一致性好的电芯按照精密设计组装成为模块化的电池模组,并加装单体电池监控与管理装置。CATL的模组全自动化生产产线,全程由十几个精密机械手协作完成。另外,每一个模组都有自己固定的识别码,出现问题可以实现全过程的追溯。

从简单的一颗电芯到电池包的生产过程也是相当复杂,需要多道工序,一点不比电芯的制造过程简单。

上料

将电芯传送到指定位置,机械手自动抓取送入模组装配线。

给电芯洗个澡——等离子清洗工序

对每个电芯表面进行清洗(CATL宁德时代采用的是等离子处理技术保证清洁度)。这里采用离子清洁,保证在过程中的污染物不附着在电芯底部。

为什么要采用等离子清洗技术?原因在于,等离子清洗技术是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗方式,其最大优势在于清洗后无废液,最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理,可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

将电芯组合起来——电芯涂胶

电芯组装前,需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外,还能起到绝缘的目的。

CATL宁德时代采用国际上最先进的高精度的涂胶设备以及机械手协作,可以以设定轨迹涂胶,同时实时监控涂胶质量,确保涂胶品质,进一步提升了每组不同电池模组的一致性。

给电芯建个家——端版与侧板的焊接

电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成,待设备在线监测到组件装配参数(如长度/压力等)OK后,启动焊接机器人,对端/侧板完成焊接,及焊接质量100%在线检测以确保质量,以及100%在线监测焊接质量。

线束隔离板装配

焊接监测系统准确定位焊接位置后,绑定线束隔离板物料条码至MES生产调度管理系统,生成单独的编码以便追溯。打码后通过机械手将线束隔离板自动装入模组。

完成电池的串并联——激光焊接

通过自动激光焊接,完成极柱与连接片的连接,实现电池串并联。

下线前的重要一关——下线测试

下线前对模组全性能检查,包括模组电压/电阻、电池单体电压、耐压测试、绝缘电阻测试。标准化的模组设计原理可以定制化匹配不同车型,每个模块还能够安装在车内最佳适合空间和预定位置。

每个电池包包含了若干电池单元,与连接器、控制器和冷却系统集成到一起,外覆铝壳包装。通过螺栓自动固紧,由电气连接器相连,即使发生故障,仅需更换单独的模组即可,不必更换整个电池组,维修工作量和危险性大大降低,更换模组仅需把冷却系统拆解,并不涉及其他构件。

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